[发明专利]一种使用强迫共振扭摆仪测量液体连续变频粘弹性的方法

说明书

技术领域

本发明属于液体粘弹性测量技术领域，特别是涉及一种基于强迫共振扭摆仪来测量液体连续变频粘弹性的方法。

技术背景

软物质在日常生活中无处不在：液晶、聚合物、表面活性剂、生物膜、胶体、乳液、泡沫、颗粒物质以及生命体系等等都属于软物质。软物质粘弹性的测量研究不仅能够帮助人们探索大自然界深奥的物质，而且有助于推动制造业，药品和食品工业，石油行业，农业等等领域的发展，对于人们的生活有着十分重要的关系。

目前，软物质粘弹性最流行的测量研究仪器主要有，商用流变仪，扭摆仪和微流变等等。扭摆仪的测量频率范围覆盖了一般商用流变仪的频率测量范围，高频可高达几十兆赫兹，具有很高的测量精度，是一种非常重要的复杂液体粘弹性测量的方法。

扭摆仪一般可分为两种测量模式，自由衰减和强迫振动，后者具有更高的测量精度，而被广泛使用。

强迫振动扭摆仪是通过分别测量空载和装载系统的共振曲线，得到装载系统的速度共振频率f₀，通频带频率f₁和f₂相对于空载的偏移，或者是装载系统的速度共振频率f₀和最大应变速率相对于空载系统的变化，然后得到共振频率下测量液体施加于扭摆振子的平面波特征复阻抗，最后再计算得到液体的粘弹性系数。但是强迫共振扭摆仪的缺点是一次只能测量一个或若干个频率的液体粘弹性系数。

如何实现扭摆仪高精度的连续变频测量液体粘弹性一直是科学家们所关注但却还没有完全解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种方便易行的方法实现了强迫共振扭摆仪的连续变频测量液体粘弹性。

为了实现上述发明目的，采用的技术方案如下：

一种使用强迫共振扭摆仪测量液体连续变频粘弹性的方法，先通过强迫共振扭摆仪测量空载和装载被测液体后的共振曲线，所述共振曲线包括角位移～频率曲线(θ～ω)、和相位～频率曲线(～ω)，再直接由共振曲线的每对数据点得到该驱动频率(ω)下相应的液体的粘弹性，即通过每个驱动频率(ω)对应的角位移(θ)和相位()计算液体的粘弹性(G′、G″、或η)。

本发明通过将扭摆仪测量所得的共振曲线，对其有效频率段内的频率与角位移、频率与相位的对应参数来计算被测液体的粘弹性，通过测量及自动计算实现了在所需驱动频率内，不同频率所对应的液体的粘弹性，从而实现连续变频液体粘弹性。

上述技术方案中，在扭摆仪测量共振曲线后，计算液体的粘弹性的具体过程如下：

由(1)和(2)式计算测量液体施加于扭摆振子的平面波特征复阻抗的实部(R_pl)和虚部(X_pl)

其中θ_0air，θ_0l分别为空载和装载液体情况下测量得到的相位和角位移，ω为变化的角频率，A₄，E₄和E₅分别为仪器参数；

再由(3)和(4)式计算出液体的粘弹性G′和G″

G′(ω)=(Rpl(ω))2-(Xpl(ω))2ρ---(3)]]>